(57)【要約】【課題】レーザビームによる熱影響部（ＨＡＺ：Ｈｅａｔ  Ａｆｆｅｃｔｅｄ  Ｚｏｎｅ）の影響を最小化して鋼板の鉄損を改善させることができる方向性電磁鋼板の磁区微細化方法およびその装置を提供する。【解決手段】本発明は、鋼板が２ｍ／ｓ以上の高速で移動されても安定的に永久磁区微細化処理を行うことができるようにする方向性電磁鋼板の磁区微細化方法であって、鋼板が生産ライン中央に沿って左右に偏ることなく真っすぐ移動するようにする斜行制御段階、前記鋼板を平らに繰り広げられた状態で維持されるように前記鋼板に張力を付与する張力制御段階、前記鋼板を支持しながら指定された前記鋼板の上下方向位置を制御する鋼板支持ロール位置調節段階、およびレーザビームを照射して前記鋼板を溶融させて前記鋼板の表面に溝を形成するレーザ照射段階、を含むことを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼板が２ｍ／ｓ以上の高速で移動されても安定的に永久磁区微細化処理を行うことができるようにする方向性電磁鋼板の磁区微細化方法であって、
鋼板が生産ライン中央に沿って左右に偏ることなく真っすぐ移動するようにする斜行制御段階、
前記鋼板を平らに繰り広げられた状態で維持されるように前記鋼板に張力を付与する張力制御段階、
前記鋼板を支持しながら指定された前記鋼板の上下方向位置を制御する鋼板支持ロール位置調節段階、および
レーザビームを照射して前記鋼板を溶融させて前記鋼板の表面に溝を形成するレーザ照射段階、
を含むことを特徴とする方向性電磁鋼板の磁区微細化方法。
【請求項２】
鋼板が２ｍ／ｓ以上の高速で移動されても安定的に永久磁区微細化処理を行うことができるようにする方向性電磁鋼板の磁区微細化方法であって、
鋼板を平らに繰り広げられた状態で維持されるように前記鋼板に張力を付与する張力制御段階、
前記鋼板を支持しながら指定された前記鋼板の上下方向位置を制御する鋼板支持ロール位置調節段階、および
レーザビームを照射して前記鋼板を溶融させて前記鋼板の表面に溝を形成するレーザ照射段階
を含むことを特徴とする方向性電磁鋼板の磁区微細化方法。
【請求項３】
前記斜行制御段階は、レーザ照射による鋼板表面溝形成前の工程で、鋼板の全幅にわたって溝を形成するために溝形成前の前記鋼板の幅中央位置が生産ライン中央から外れた斜行量を斜行測定センサーにより測定する斜行量測定段階、および
前記斜行量測定段階で測定された鋼板の斜行量によりステアリングロール（Ｓｔｅｅｒｉｎｇ  Ｒｏｌｌ）の軸を回転および移動させて鋼板が動く方向を調整することによって、前記鋼板の斜行量を±１ｍｍ以内に制御する斜行量制御段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の方向性電磁鋼板の磁区微細化方法。
【請求項４】
前記張力制御段階は、１〜４ｋｇｆ／ｍｍ２範囲内の鋼板張力で操業するために、テンションブライドルロール（Ｔｅｎｓｉｏｎ  Ｂｒｉｄｌｅ  Ｒｏｌｌ）により前記鋼板に一定の大きさの張力を印加する鋼板張力印加段階、
前記鋼板張力印加段階を行った前記鋼板の張力を張力測定センサーにより測定するための鋼板張力測定段階、および
前記鋼板張力測定段階で測定された鋼板の張力により前記テンションブライドルロールの速度を調整して前記鋼板の張力誤差を±１％以内に制御する鋼板（Ｓｔｒｉｐ）張力制御段階を含むことを特徴とする請求項２または３に記載の方向性電磁鋼板の磁区微細化方法。
【請求項５】
鋼板位置調節段階は、前記レーザ照射段階に位置する鋼板を鋼板支持ロールで支持する鋼板支持段階、
前記レーザ照射段階で鋼板にレーザ照射時に発生する火炎の明るさを輝度測定センサーで測定する輝度測定段階、および
前記輝度測定段階で測定された火炎の明るさにより鋼板支持ロール（ＳＰＲ）位置制御系により鋼板支持ロールの位置を調整して前記鋼板支持ロール位置制御精密度を±１０μｍ以内に制御する鋼板支持ロール位置制御段階を含むことを特徴とする請求項４に記載の方向性電磁鋼板の磁区微細化方法。
【請求項６】
前記レーザ照射段階は、レーザ発振器で照射されたレーザビームが伝達された光学系により鋼板表面に照射して上部幅、下部幅と深さがそれぞれ７０μｍ以内、１０μｍ以内、３〜３０μｍの溝を形成させると同時に、レーザビーム照射時に溶融部の溝内部壁面に残留させる再凝固部が生成されるように、鋼板の溶融に必要な１．０〜５．０Ｊ／ｍｍ２範囲内のレーザビームエネルギー密度を鋼板に伝達するレーザ照射およびエネルギー伝達段階を含むことを特徴とする請求項５に記載の方向性電磁鋼板の磁区微細化方法。
【請求項７】
前記レーザ照射段階は、レーザ発振器制御器により正常な作業条件下ではレーザビームを発振するレーザ発振器をオン（Ｏｎ）状態にし、鋼板の斜行量が１５ｍｍ以上発生するとレーザ発振器をオフ（Ｏｆｆ）状態に制御するレーザビーム発振制御段階を含むことを特徴とする請求項６に記載の方向性電磁鋼板の磁区微細化方法。
【請求項８】
前記張力制御段階を行った後、デフレクターロール（Ｄｅｆｌｅｃｔｏｒ  Ｒｏｌｌ）により鋼板を鋼板支持ロールに向かうように鋼板の移動方向を転換する鋼板移動方向転換段階を行うことを特徴とする請求項５に記載の方向性電磁鋼板の磁区微細化方法。
【請求項９】
前記レーザ照射段階でレーザ発振器は、シングルモード（Ｓｉｎｇｌｅ  ｍｏｄｅ）連続波レーザビームを発振する、請求項７に記載の方向性電磁鋼板の磁区微細化方法。
【請求項１０】
前記レーザ照射段階で光学系は、レーザ走査速度を制御してレーザビーム照射線の間隔を圧延方向に２〜３０ｍｍに調整することを特徴とする請求項９に記載の方向性電磁鋼板の磁区微細化方法。
【請求項１１】
鋼板が２ｍ／ｓ以上の高速で移動されても安定的に永久磁区微細化処理を行うことができるようにする方向性電磁鋼板の磁区微細化装置であって、
鋼板が生産ライン中央に沿って左右に偏ることなく真っすぐ移動するようにする斜行制御設備、
鋼板を平らに繰り広げられた状態で維持されるように鋼板に張力を付与する張力制御設備、
鋼板を支持しながら指定された鋼板の上下方向位置を制御する鋼板支持ロール位置調節設備、および
レーザビームを照射して鋼板を溶融させて前記鋼板の表面に溝を形成するレーザ照射設備
を含むことを特徴とする方向性電磁鋼板の磁区微細化装置。
【請求項１２】
鋼板が２ｍ／ｓ以上の高速で移動されても安定的に永久磁区微細化処理を行うことができるようにする方向性電磁鋼板の磁区微細化装置であって、
鋼板を平らに繰り広げられた状態で維持されるように鋼板に張力を付与する張力制御設備、
鋼板を支持しながら指定された鋼板の上下方向位置を制御する鋼板支持ロール位置調節設備、および
レーザビームを照射して鋼板を溶融させて前記鋼板の表面に溝を形成するレーザ照射設備
を含むことを特徴とする方向性電磁鋼板の磁区微細化装置。
【請求項１３】
前記斜行制御設備は、前記鋼板の移動方向を転換するためのステアリングロール（Ｓｔｅｅｒｉｎｇ  Ｒｏｌｌ）、
前記ステアリングロールの軸を回転および移動させて鋼板が動く方向を調整するための鋼板中央位置制御系（Ｓｔｒｉｐ  Ｃｅｎｔｅｒ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）、および
前記鋼板の幅中央位置が生産ライン中央から外れた程度（斜行量）を測定するための斜行測定センサーを含むことを特徴とする請求項１１に記載の方向性電磁鋼板の磁区微細化装置。
【請求項１４】
前記張力制御設備は、前記鋼板に一定の大きさの張力を印加しながら移動を誘導するテンションブライドルロール（Ｔｅｎｓｉｏｎ  Ｂｒｉｄｌｅ  Ｒｏｌｌ）、
前記テンションブライドルロールを通過した前記鋼板の張力を測定するための鋼板張力測定センサー、および
前記鋼板張力測定センサで測定された鋼板の張力により前記テンションブライドルロールの速度を調整するための鋼板（Ｓｔｒｉｐ）張力制御系を含むことを特徴とする請求項１２または１３に記載の方向性電磁鋼板の磁区微細化装置。
【請求項１５】
前記鋼板支持ロール位置調節設備は、前記レーザ照射設備位置の鋼板を支持する鋼板支持ロール（ＳＰＲ）、
前記レーザ照射設備で鋼板にレーザ照射時に発生する火炎の明るさを測定するための輝度測定センサー、および
前記輝度測定センサで測定された火炎の明るさにより前記鋼板支持ロールの位置を制御するための鋼板支持ロール（ＳＰＲ）位置制御系を含むことを特徴とする請求項１４に記載の方向性電磁鋼板の磁区微細化装置。
【請求項１６】
前記レーザ照射設備は、連続波レーザビームを発振するためのレーザ発振器、
前記レーザ発振器から発振された前記レーザビームを鋼板表面に照射して上部幅、下部幅と深さがそれぞれ７０μｍ以内、１０μｍ以内、３〜３０μｍの溝を形成させると同時に、レーザ照射時に溶融部の溝内部壁面に残留させる再凝固部が生成されるように、鋼板の溶融に必要な１．０〜５．０Ｊ／ｍｍ２範囲内のレーザエネルギー密度を鋼板に伝達する光学系を含むことを特徴とする請求項１５に記載の方向性電磁鋼板の磁区微細化装置。
【請求項１７】
前記レーザ照射設備は、正常な作業条件下ではレーザ発振器をオン（Ｏｎ）状態にし、鋼板斜行量が１５ｍｍ以上発生するとレーザ発振器をオフ（Ｏｆｆ）状態に制御するレーザ発振器制御器を含むことを特徴とする請求項１６に記載の方向性電磁鋼板の磁区微細化装置。
【請求項１８】
前記張力制御設備を通過した鋼板の移動方向は、鋼板がデフレクターロール（Ｄｅｆｌｅｃｔｏｒ  Ｒｏｌｌ）により鋼板支持ロールに向かうように転換されることを特徴とする請求項１５に記載の方向性電磁鋼板の磁区微細化装置。
【請求項１９】
前記レーザ発振器は、シングルモード（Ｓｉｎｇｌｅ  ｍｏｄｅ）連続波レーザビームを発振することを特徴とする請求項１７に記載の方向性電磁鋼板の磁区微細化装置。
【請求項２０】
前記光学系は、レーザ走査速度を制御してレーザ照射線の間隔を圧延方向に２〜３０ｍｍに調整することを特徴とする請求項１９に記載の方向性電磁鋼板の磁区微細化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、方向性電磁鋼板の磁区微細化方法およびその装置に係り、より詳しくは、変圧器のような電気機器の鉄心として使用される方向性電磁鋼板の鉄損を減少させるために、電磁鋼板表面にレーザを照射して鋼板溶融による溝を形成させることによって永久的に電磁鋼板の磁区を微細化処理する方向性電磁鋼板の磁区微細化方法およびその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、変圧器のような電気機器の電力損失を減らし、効率を向上させるために、鉄損が低く、磁束密度が高い磁気的特性を有する方向性電磁鋼板が求められる。
このような方向性電磁鋼板の鉄損特性を向上させるために、鋼板内磁区幅を減少させる多様な方法を適用している。
磁区を微細化する方法としては、日本国特公昭５８−０２６４０５および米国特許４２０３７８４で鋼板表面にレーザおよび機械的方法を利用して圧延方向と垂直方向に磁区を微細化して鉄損を減少させる方案が掲示されているが、鋼板表面にレーザを利用して磁区を微細化する方法は応力除去焼鈍後に磁区微細化の効果を失うという短所を有している。
【０００３】
磁区微細化方法は、応力除去焼鈍により磁区微細化改善効果の維持有無により一時磁区微細化方法と永久磁区微細化方法に大きく区分することができる。
一時磁区微細化方法としては、日本国特公昭５７−００２２５２、日本国特公昭５８−００５９６８および日本国特公平７−０７２３００のように、磁区を微細化させるエネルギー源によりレーザ磁区微細化法、ボールスクラッチ法、プラズマおよび超音波による方法がある。電磁鋼板の表面にレーザ、ボール、プラズマおよび超音波により電磁鋼板表面に局部的な圧縮応力部を形成させることによって磁区を微細化させる。
しかし、このような方法は、鋼板表面の絶縁コーティング層の損傷を起こすため、再コーティングしたり、最終製品でなく中間工程で磁区微細化処理を行うため、製造費用が高いという短所を有している。また、電磁鋼板の圧縮変形層領域を調節するためには、入力されるエネルギー値を増加させてこそ可能である。したがって、最終製品の鉄損改善率の向上のためには、磁区微細化処理時に表面損傷を避けることができないという短所がある。
【０００４】
熱処理後にも鉄損改善効果を維持することができる永久磁区微細化方法は、エッチング法、ロール法およびレーザ法に大きく区分することができる。エッチング法は、電磁鋼板表面に感光性樹脂でマスキングした後、フォトエッチングやレーザあるいはプラズマを利用して表面樹脂を脱着した後、溶液内で電気化学的な方法により、電磁鋼板表面に幅が５〜３００μｍであり、深さが１００μｍである溝を形成させる方法が日本国特公平６−５７８５７に公知となっている。
エッチング法は、酸溶液内で電気化学的な腐食反応により電磁鋼板表面に溝を形成させるため、溝形状（幅、深さ）の制御が難しく、電磁鋼板を生産する中間工程（脱炭焼鈍、高温焼鈍前）で溝を形成させるため、最終製品の鉄損特性の保証が難しく、酸溶液を使用するため、環境にやさしくないという短所を有している。
【０００５】
ロールによる永久磁区微細化方法は、表面が突起形で加工されたロールを利用して電磁鋼板を加圧することによって、表面に３００μｍ以下の幅と５μｍの深さを有する溝を形成させる方法が日本国特開平５−２０２４５０に公知となっている。
ロールによる永久磁区微細化方法は、永久磁区微細化処理後に電磁鋼板を焼鈍することで溝下部の再結晶を発生させることによって磁区を微細化させる技術であって、機械加工に対する安定性、信頼性およびプロセスが複雑であるという短所を有している。ロールによる溝を形成させる方法と類似するプレスにより電磁鋼板表面に溝深さ５μｍ、１〜３０ｍｍの線間隔を形成させる方法が日本国特公平６−０６３０３７に公知となっている。
【０００６】
パルスレーザ照射により、照射部物質の蒸着（Ｖａｐｏｒｉｚａｔｉｏｎ）で表面開口部の幅が１００〜３００μｍ、深さ１０〜３０μｍの溝を形成させることによって、０．２３ｍｍ厚さの方向性電磁鋼板の熱処理後に鉄損改善率を１４％確保した永久磁区微細化方法に対して欧州特許出願公開第０  ８７０８４３（ＷＯ９７／０２４４６６）に公知となっており、Ｑスイッチパルスレーザによる熱処理後に鉄損改善方法は、電磁鋼板両面に溝深さ５〜３０μｍを形成させることによって熱処理後に鉄損改善率を４．７〜５．１％確保したもので、日本国特開第２０００−１０９９６１に公知となっている。
公知のパルスレーザによる磁区微細化方法は、蒸着により溝を形成させることから、溶融部形成を抑制するため、熱処理（応力緩和熱処理、ＳＲＡ）前に鉄損改善率を確保することが難しく、熱処理後には単純溝による磁区微細化効果だけ維持するだけでなく、鋼板の移送速度を（Ｌｉｎｅ  Ｓｐｅｅｄ  １０ｍｐｍ以上）高速で処理することができないという短所を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特公昭５８−０２６４０５号公報
【特許文献２】米国特許４２０３７８４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的とするところは、方向性電磁鋼板表面にシングルモード（Ｓｉｎｇｌｅ  ｍｏｄｅ）連続波レーザビームを鋼板表面に照射することによって、上部幅、下部幅と深さがそれぞれ７０μｍ以内、１０μｍ以内、２〜３０μｍの溝を形成させると同時に、レーザ照射時に溶融部の溝内部壁面に残留させる再凝固部を形成させることによって熱処理の前、後の鉄損改善率をそれぞれ５％以上、１０％以上確保し、レーザ照射線の間隔を圧延方向に２〜３０ｍｍに調整可能にすることによってレーザビームによる熱影響部（ＨＡＺ：Ｈｅａｔ  Ａｆｆｅｃｔｅｄ  Ｚｏｎｅ）の影響を最小化して鋼板の鉄損を改善させることができる方向性電磁鋼板の磁区微細化方法およびその装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、鋼板が２ｍ／ｓ以上の高速で移動されても安定的に永久磁区微細化処理を行うことができるようにする方向性電磁鋼板の磁区微細化方法であって、
鋼板が生産ライン中央に沿って左右に偏ることなく真っすぐ移動するようにする斜行制御段階、前記鋼板を平らに繰り広げられた状態で維持されるように前記鋼板に張力を付与する張力制御段階、前記鋼板を支持しながら指定された前記鋼板の上下方向位置を制御する鋼板支持ロール位置調節段階、およびレーザビームを照射して前記鋼板を溶融させて前記鋼板の表面に溝を形成するレーザ照射段階、を含むことを特徴とする。
【００１０】
鋼板が２ｍ／ｓ以上の高速で移動されても安定的に永久磁区微細化処理を行うことができるようにする方向性電磁鋼板の磁区微細化方法であって、
鋼板を平らに繰り広げられた状態で維持されるように前記鋼板に張力を付与する張力制御段階、前記鋼板を支持しながら指定された前記鋼板の上下方向位置を制御する鋼板支持ロール位置調節段階、およびレーザビームを照射して前記鋼板を溶融させて前記鋼板の表面に溝を形成するレーザ照射段階を含むことを特徴とする。
【００１１】
前記斜行制御段階は、レーザ照射による鋼板表面溝形成前の工程で、鋼板の全幅にわたって溝を形成するために溝形成前の前記鋼板の幅中央位置が生産ライン中央から外れた斜行量を斜行測定センサーにより測定する斜行量測定段階、および
前記斜行量測定段階で測定された鋼板の斜行量によりステアリングロール（Ｓｔｅｅｒｉｎｇ  Ｒｏｌｌ）の軸を回転および移動させて鋼板が動く方向を調整することによって、前記鋼板の斜行量を±１ｍｍ以内に制御する斜行量制御段階を含むことを特徴とする。
【００１２】
前記張力制御段階は、１〜４ｋｇｆ／ｍｍ２範囲内の鋼板張力で操業するために、テンションブライドルロール（Ｔｅｎｓｉｏｎ  Ｂｒｉｄｌｅ  Ｒｏｌｌ）により前記鋼板に一定の大きさの張力を印加する鋼板張力印加段階、前記鋼板張力印加段階を行った前記鋼板の張力を張力測定センサーにより測定するための鋼板張力測定段階、および前記鋼板張力測定段階で測定された鋼板の張力により前記テンションブライドルロールの速度を調整して前記鋼板の張力誤差を±１％以内に制御する鋼板（Ｓｔｒｉｐ）張力制御段階を含むことを特徴とする。
【００１３】
鋼板位置調節段階は、前記レーザ照射段階に位置する鋼板を鋼板支持ロールで支持する鋼板支持段階、前記レーザ照射段階で鋼板にレーザ照射時に発生する火炎の明るさを輝度測定センサーで測定する輝度測定段階、および前記輝度測定段階で測定された火炎の明るさにより鋼板支持ロール（ＳＰＲ）位置制御系により鋼板支持ロールの位置を調整して前記鋼板支持ロール位置制御精密度を±１０μｍ以内に制御する鋼板支持ロール位置制御段階を含むことを特徴とする。
【００１４】
前記レーザ照射段階は、レーザ発振器で照射されたレーザビームが伝達された光学系により鋼板表面に照射して上部幅、下部幅と深さがそれぞれ７０μｍ以内、１０μｍ以内、３〜３０μｍの溝を形成させると同時に、レーザビーム照射時に溶融部の溝内部壁面に残留させる再凝固部が生成されるように、鋼板の溶融に必要な１．０〜５．０Ｊ／ｍｍ２範囲内のレーザビームエネルギー密度を鋼板に伝達するレーザ照射およびエネルギー伝達段階を含むことを特徴とする。
【００１５】
前記レーザ照射段階は、レーザ発振器制御器により正常な作業条件下ではレーザビームを発振するレーザ発振器をオン（Ｏｎ）状態にし、鋼板の斜行量が１５ｍｍ以上発生するとレーザ発振器をオフ（Ｏｆｆ）状態に制御するレーザビーム発振制御段階を含むことを特徴とする。
【００１６】
前記張力制御段階を行った後、デフレクターロール（Ｄｅｆｌｅｃｔｏｒ  Ｒｏｌｌ）により鋼板を鋼板支持ロールに向かうように鋼板の移動方向を転換する鋼板移動方向転換段階を行うことを特徴とする。
【００１７】
前記レーザ照射段階でレーザ発振器は、シングルモード（Ｓｉｎｇｌｅ  ｍｏｄｅ）連続波レーザビームを発振する、請求項７に記載の方向性電磁鋼板の磁区微細化方法。
【００１８】
前記レーザ照射段階で光学系は、レーザ走査速度を制御してレーザビーム照射線の間隔を圧延方向に２〜３０ｍｍに調整することを特徴とする。
【００１９】
鋼板が２ｍ／ｓ以上の高速で移動されても安定的に永久磁区微細化処理を行うことができるようにする方向性電磁鋼板の磁区微細化装置であって、
鋼板が生産ライン中央に沿って左右に偏ることなく真っすぐ移動するようにする斜行制御設備、鋼板を平らに繰り広げられた状態で維持されるように鋼板に張力を付与する張力制御設備、鋼板を支持しながら指定された鋼板の上下方向位置を制御する鋼板支持ロール位置調節設備、およびレーザビームを照射して鋼板を溶融させて前記鋼板の表面に溝を形成するレーザ照射設備を含むことを特徴とする。
【００２０】
鋼板が２ｍ／ｓ以上の高速で移動されても安定的に永久磁区微細化処理を行うことができるようにする方向性電磁鋼板の磁区微細化装置であって、
鋼板を平らに繰り広げられた状態で維持されるように鋼板に張力を付与する張力制御設備、鋼板を支持しながら指定された鋼板の上下方向位置を制御する鋼板支持ロール位置調節設備、およびレーザビームを照射して鋼板を溶融させて前記鋼板の表面に溝を形成するレーザ照射設備を含むことを特徴とする。
【００２１】
前記斜行制御設備は、前記鋼板の移動方向を転換するためのステアリングロール（Ｓｔｅｅｒｉｎｇ  Ｒｏｌｌ）、前記ステアリングロールの軸を回転および移動させて鋼板が動く方向を調整するための鋼板中央位置制御系（Ｓｔｒｉｐ  Ｃｅｎｔｅｒ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）、および前記鋼板の幅中央位置が生産ライン中央から外れた程度（斜行量）を測定するための斜行測定センサーを含むことを特徴とする。
【００２２】
前記張力制御設備は、前記鋼板に一定の大きさの張力を印加しながら移動を誘導するテンションブライドルロール（Ｔｅｎｓｉｏｎ  Ｂｒｉｄｌｅ  Ｒｏｌｌ）、前記テンションブライドルロールを通過した前記鋼板の張力を測定するための鋼板張力測定センサー、および前記鋼板張力測定センサで測定された鋼板の張力により前記テンションブライドルロールの速度を調整するための鋼板（Ｓｔｒｉｐ）張力制御系を含むことを特徴とする。
【００２３】
前記鋼板支持ロール位置調節設備は、前記レーザ照射設備位置の鋼板を支持する鋼板支持ロール（ＳＰＲ）、前記レーザ照射設備で鋼板にレーザ照射時に発生する火炎の明るさを測定するための輝度測定センサー、および前記輝度測定センサで測定された火炎の明るさにより前記鋼板支持ロールの位置を制御するための鋼板支持ロール（ＳＰＲ）位置制御系を含むことを特徴とする。
【００２４】
前記レーザ照射設備は、連続波レーザビームを発振するためのレーザ発振器、前記レーザ発振器から発振された前記レーザビームを鋼板表面に照射して上部幅、下部幅と深さがそれぞれ７０μｍ以内、１０μｍ以内、３〜３０μｍの溝を形成させると同時に、レーザ照射時に溶融部の溝内部壁面に残留させる再凝固部が生成されるように、鋼板の溶融に必要な１．０〜５．０Ｊ／ｍｍ２範囲内のレーザエネルギー密度を鋼板に伝達する光学系を含むことを特徴とする。
【００２５】
前記レーザ照射設備は、正常な作業条件下ではレーザ発振器をオン（Ｏｎ）状態にし、鋼板斜行量が１５ｍｍ以上発生するとレーザ発振器をオフ（Ｏｆｆ）状態に制御するレーザ発振器制御器を含むことを特徴とする。
【００２６】
前記張力制御設備を通過した鋼板の移動方向は、鋼板がデフレクターロール（Ｄｅｆｌｅｃｔｏｒ  Ｒｏｌｌ）により鋼板支持ロールに向かうように転換されることを特徴とする。
【００２７】
前記レーザ発振器は、シングルモード（Ｓｉｎｇｌｅ  ｍｏｄｅ）連続波レーザビームを発振することを特徴とする。
【００２８】
前記光学系は、レーザ走査速度を制御してレーザ照射線の間隔を圧延方向に２〜３０ｍｍに調整することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、鋼板が２ｍ／ｓ以上の高速で進行されても安定的に鋼板に長さ方向に３〜３０ｍｍ間隔ごとに、上部幅、下部幅と深さがそれぞれ７０μｍ以内、１０μｍ以内、３〜３０μｍの溝を形成させることによって、１次再結晶前の電磁鋼板に適用できるだけでなく、２次再結晶後あるいは絶縁コーティング後に電磁鋼板の熱処理の前、後の鉄損改善率をそれぞれ５％以上、１０％以上確保することができるという長所を有しているため、熱処理を必要とする巻鉄心および熱処理を必要としない積鉄心変圧器鉄心として使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態による方向性電磁鋼板の磁区微細化方法の概略的な構成図である。
【図２】本発明の一実施形態による方向性電磁鋼板の磁区微細化装置の概略的な構成図である。
【図３】本発明の一実施形態により連続波レーザビームにより形成された連続溝を有する鋼板に対する概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、添付した図面を参照して、本発明について詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態による方向性電磁鋼板の磁区微細化方法の概略的な構成図である。
図１に示す通り、本発明の一実施形態による方向性電磁鋼板の磁区微細化方法は、鋼板１が２ｍ／ｓ以上の高速で進行されても安定的に永久磁区微細化処理を行うようにする方法であって、
鋼板１が生産ライン中央に沿って左右に偏ることなく真っすぐ移動するようにする斜行制御段階（Ｓ１０）、
前記鋼板１を平らに繰り広げられた状態で維持されるように前記鋼板１に張力を付与する張力制御段階（Ｓ２０）、
前記鋼板１を支持しながら指定された前記鋼板１の上下方向位置を制御する鋼板支持ロール位置調節段階（Ｓ３０）、および
レーザビームを照射して前記鋼板１を溶融させて前記鋼板１の表面に溝を形成するレーザ照射段階（Ｓ４０）などを含む。
【００３２】
斜行制御段階（Ｓ１０）は、レーザ照射による鋼板表面溝形成前の工程で、鋼板１の全幅にわたって溝を形成するために溝形成前の前記鋼板１の幅中央位置が生産ライン中央から外れた斜行量を斜行測定センサー４により測定する斜行量測定段階（Ｓ１１）、および
斜行量測定段階（Ｓ１１）で測定された鋼板１の斜行量によりステアリングロール（Ｓｔｅｅｒｉｎｇ  Ｒｏｌｌ：ＳＲ）２Ａ、２Ｂの軸を回転および移動させて鋼板１が動く方向を調整することによって、鋼板１の斜行量を±１ｍｍ以内に制御する斜行量制御段階（Ｓ１２）を含む。
張力制御段階（Ｓ２０）は、１〜４ｋｇｆ／ｍｍ２範囲内の鋼板張力で操業するために、テンションブライドルロール（Ｔｅｎｓｉｏｎ  Ｂｒｉｄｌｅ  Ｒｏｌｌ）５Ａ、５Ｂにより鋼板１に一定の大きさの張力を印加する鋼板張力印加段階（Ｓ２１）、鋼板張力印加段階（Ｓ２１）を行った前記鋼板１の張力を張力測定センサー７により測定するための鋼板張力測定段階（Ｓ２２）、および鋼板張力測定段階（Ｓ２２）で測定された鋼板１の張力によりテンションブライドルロール５Ａ、５Ｂの速度を調整して鋼板１の張力誤差を±１％以内に制御する鋼板（Ｓｔｒｉｐ）張力制御段階（Ｓ２３）を含む。
【００３３】
張力制御段階（Ｓ２０）を行った後、デフレクターロール（Ｄｅｆｌｅｃｔｏｒ  Ｒｏｌｌ）８Ａ、８Ｂにより鋼板１を鋼板支持ロール９に向かうように鋼板の移動方向を転換する鋼板移動方向転換段階（Ｓ２４）を行う。
鋼板支持ロール位置調節段階（Ｓ３０）は、レーザ照射段階（Ｓ４０）に位置する鋼板１を鋼板支持ロール９で支持する鋼板支持段階（Ｓ３１）、レーザ照射段階（Ｓ４０）で鋼板１にレーザ照射時に発生する火炎の明るさを輝度測定センサー１０で測定する輝度測定段階（Ｓ３２）、輝度測定段階（Ｓ３２）で測定された火炎の明るさにより火炎の明るさが最もよい状態になるように鋼板支持ロール（ＳＰＲ）位置制御系１１により鋼板支持ロール９の位置を調整して鋼板支持ロール位置制御精密度を±１０μｍ以内に制御する鋼板支持ロール位置制御段階（Ｓ３３）を含む。
【００３４】
鋼板支持ロール位置調節段階（Ｓ３０）は、鋼板支持ロール９によりレーザ照射部位置の鋼板１を支持し、レーザ鋼板照射効率が高い焦点深度（Ｄｅｐｔｈ  ｏｆ  Ｆｏｃｕｓ）内に鋼板が位置するように、鋼板にレーザ照射時に発生する火炎の明るさが最もよい状態になるように鋼板支持ロール位置を調整する。また、鋼板にレーザ照射時に発生する火炎の明るさは、輝度測定センサー１０を利用して測定し、鋼板支持ロール位置制御精密度は±１０μｍ以内に制御してもよい。
レーザ照射段階４０は、レーザ発振器制御器１２により正常な作業条件下ではレーザビームを発振するレーザ発振器１３をオン（Ｏｎ）状態にし、鋼板の斜行量が１５ｍｍ以上発生するとレーザ発振器１３をオフ（Ｏｆｆ）状態に制御するレーザビーム発振制御段階（Ｓ４１）、およびレーザ発振器１３で照射されたレーザビームが伝達された光学系１４により鋼板表面に照射して上部幅、下部幅と深さがそれぞれ７０μｍ以内、１０μｍ以内、３〜３０μｍの溝を形成させると同時に、レーザビーム照射時に溶融部の溝内部壁面に残留させる再凝固部が生成されるように、鋼板の溶融に必要な１．０〜５．０Ｊ／ｍｍ２範囲内のレーザビームエネルギー密度を鋼板に伝達するレーザ照射およびエネルギー伝達段階（Ｓ４２）を含む。
【００３５】
レーザ照射段階（Ｓ４０）は、正常な作業条件下では発振器をオン（Ｏｎ）状態にし、鋼板斜行量が１５ｍｍ以上発生すると発振器をオフ（Ｏｆｆ）状態に制御し、レーザビームを鋼板表面に照射して上部幅、下部幅と深さがそれぞれ７０μｍ以内、１０μｍ以内、３〜３０μｍの溝を形成させると同時に、レーザ照射時に溶融部の溝内部壁面に残留させる再凝固部が生成されるように、鋼板の溶融に必要な１．０〜５．０Ｊ／ｍｍ２範囲内のレーザエネルギー密度を鋼板に伝達する。
レーザ照射段階４０でレーザ発振器１３は、シングルモード（Ｓｉｎｇｌｅ  ｍｏｄｅ）連続波レーザビーム１５を発振してもよい。
また、レーザ照射段階（Ｓ４０）で光学系１４は、レーザ走査速度を制御してレーザビーム照射線の間隔を圧延方向に２〜３０ｍｍに調整してもよい。
【００３６】
図２は、本発明の一実施形態による方向性電磁鋼板の磁区微細化装置の概略的な構成図である。
図２に示す通り、本発明の一実施形態による方向性電磁鋼板の磁区微細化装置は、鋼板１が２ｍ／ｓ以上の高速で進行されても安定的に永久磁区微細化処理を行うようにする装置であって、鋼板１が生産ライン中央に沿って左右に偏ることなく真っすぐ移動するようにする斜行制御設備、鋼板１を平らに繰り広げられた状態で維持されるように鋼板１に張力を付与する張力制御設備、鋼板１を支持しながら指定された鋼板１の上下方向位置を制御する鋼板支持ロール位置調節設備、およびレーザビーム１５を照射して鋼板１を溶融させて前記鋼板の表面に溝を形成するレーザ照射設備などを含む。
斜行制御設備は、鋼板１の移動方向を転換するためのステアリングロール（Ｓｔｅｅｒｉｎｇ  Ｒｏｌｌ）２Ａ、２Ｂ、ステアリングロール（Ｓｔｅｅｒｉｎｇ  Ｒｏｌｌ：ＳＲ）２Ａ、２Ｂの軸を回転および移動させて鋼板１が動く方向を調整するための鋼板中央位置制御系（Ｓｔｒｉｐ  Ｃｅｎｔｅｒ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）３、および鋼板１の幅中央位置が生産ライン中央から外れた程度（斜行量）を測定するための斜行測定センサー４を含む。
【００３７】
斜行制御設備は、レーザ照射による鋼板表面溝形成前の工程で、鋼板の全幅にわたって溝を形成するために溝形成前斜行測定センサー４で測定された斜行量によりステアリングロール（Ｓｔｅｅｒｉｎｇ  Ｒｏｌｌ：ＳＲ）２Ａ、２Ｂの軸を回転および移動させて鋼板が動く方向を調整することによって、鋼板１の斜行量を±１ｍｍ以内に制御してもよい。
張力制御設備は、鋼板１に一定の大きさの張力を印加しながら移動を誘導するテンションブライドルロール（Ｔｅｎｓｉｏｎ  Ｂｒｉｄｌｅ  Ｒｏｌｌ：ＴＢＲ）５Ａ、５Ｂ、
テンションブライドルロールを通過した鋼板１の張力を測定するための鋼板張力測定センサー７、および鋼板張力測定センサー７で測定された鋼板１の張力によりテンションブライドルロール５Ａ、５Ｂの速度を調整するための鋼板（Ｓｔｒｉｐ）張力制御系６を含んでもよい。
【００３８】
張力制御設備は、１〜４ｋｇｆ／ｍｍ２範囲内の鋼板張力で操業するために、鋼板張力測定センサー７で測定された鋼板の張力により鋼板（Ｓｔｒｉｐ）張力制御系６によりテンションブライドルロール（Ｔｅｎｓｉｏｎ  Ｂｒｉｄｌｅ  Ｒｏｌｌ：ＴＢＲ）５Ａ、５Ｂの速度を調整することによって、鋼板１の張力誤差を±１％以内に制御してもよい。
張力制御設備を通過した鋼板の移動方向は、鋼板１がデフレクターロール（Ｄｅｆｌｅｃｔｏｒ  Ｒｏｌｌ）８Ａ、８Ｂにより鋼板支持ロール９に向かうように転換される。
鋼板支持ロール位置調節設備は、レーザ照射設備位置の鋼板１を支持する鋼板支持ロール（ＳＰＲ）９、レーザ照射設備で鋼板１にレーザ照射時に発生する火炎の明るさを測定するための輝度測定センサー１０、および輝度測定センサー１０で測定された火炎の明るさにより鋼板支持ロール９の位置を制御するための鋼板支持ロール（ＳＰＲ）位置制御系１１を含んでもよい。
【００３９】
鋼板支持ロール位置調節設備は、鋼板支持ロール９によりレーザ照射部位置の鋼板１を支持し、レーザ鋼板照射効率が高い焦点深度（Ｄｅｐｔｈ  ｏｆ  Ｆｏｃｕｓ）内に鋼板が位置するように、鋼板にレーザ照射時に発生する火炎の明るさが最もよい状態になるように鋼板支持ロール９位置を調整する。また、鋼板にレーザ照射時に発生する火炎の明るさは、輝度測定センサー１０を利用して測定し、鋼板支持ロール位置制御精密度は±１０μｍ以内に制御してもよい。
レーザ照射設備は、正常な作業条件下ではレーザ発振器をオン（Ｏｎ）状態にし、鋼板斜行量が１５ｍｍ以上発生するとレーザ発振器をオフ（Ｏｆｆ）状態に制御するレーザ発振器制御器１２、連続波レーザビーム１５を発振するためのレーザ発振器１３、および
レーザ発振器１３から発振されたレーザビームを鋼板１表面に照射して上部幅、下部幅と深さがそれぞれ７０μｍ以内、１０μｍ以内、３〜３０μｍの溝を形成させると同時に、レーザ照射時に溶融部の溝内部壁面に残留させる再凝固部が生成されるように、鋼板の溶融に必要な１．０〜５．０Ｊ／ｍｍ２範囲内のレーザエネルギー密度を鋼板に伝達する光学系１４を含んでもよい。
【００４０】
レーザ照射設備は、正常な作業条件下ではレーザ発振器をオン（Ｏｎ）状態にし、鋼板斜行量が１５ｍｍ以上発生するとレーザ発振器をオフ（Ｏｆｆ）状態に制御し、レーザビームを鋼板表面に照射して上部幅、下部幅と深さがそれぞれ７０μｍ以内、１０μｍ以内、３〜３０μｍの溝を形成させると同時に、レーザ照射時に溶融部の溝内部壁面に残留させる再凝固部が生成されるように、鋼板の溶融に必要な１．０〜５．０Ｊ／ｍｍ２範囲内のレーザエネルギー密度を鋼板に伝達してもよい。
レーザ発振器１３は、シングルモード（Ｓｉｎｇｌｅ  ｍｏｄｅ）連続波レーザビーム１５を発振して光学系１４に伝達してもよい。
また、光学系１４は、レーザ走査速度を制御する機能があるため、レーザ照射線の間隔を圧延方向に２〜３０ｍｍに調整することができる。
【００４１】
図３は、本発明の一実施形態により連続波レーザビームにより形成された連続溝を有する鋼板の概略図である。
図３で図面符号１６はレーザ溝照射線を指す。
以下、図２および図３を参照して、本発明の一実施形態による方向性電磁鋼板の磁区微細化装置の作動について説明する。
本発明の一実施形態による方向性電磁鋼板の磁区微細化装置は、鋼板１が２ｍ／ｓ以上の高速で進行されても安定的に永久磁区微細化処理を行うように、鋼板１が生産ライン中央に沿って左右に偏ることなく真っすぐ移動するようにする斜行制御設備、鋼板１を平らに繰り広げられた状態で維持されるように鋼板に張力を付与する張力制御設備、鋼板を支持しながら指定された鋼板の上下方向位置を制御する鋼板支持ロール位置調節設備、そして、レーザビームを鋼板に照射して鋼板を溶融させて溝を形成するレーザ照射設備などから構成される。
【００４２】
そして、斜行制御設備は、斜行測定センサー４で測定された鋼板の幅中央位置が生産ライン中央から外れた斜行量により鋼板中央位置制御系３によりステアリングロール（Ｓｔｅｅｒｉｎｇ  Ｒｏｌｌ：ＳＲ）２Ａ、２Ｂの軸を回転および移動させて鋼板１が動く方向を調整することによって、鋼板の斜行量を１ｍｍ以内に制御する。
また、鋼板の張力は、レーザ照射設備位置の鋼板表面形状を平らに作らせながら、過度な張力で板破断が発生しないように１〜４ｋｇｆ／ｍｍ２範囲で設定される。
そして、張力制御設備は、設定された張力で操業するために鋼板張力測定センサー７で測定された鋼板の張力により鋼板張力制御系６によりテンションブライドルロール（Ｔｅｎｓｉｏｎ  Ｂｒｉｄｌｅ  Ｒｏｌｌ：ＴＢＲ）５Ａ、５Ｂの速度を調整することによって、鋼板１の張力誤差を±１％以内になるように制御する。
【００４３】
鋼板支持ロール９は、レーザ照射設備位置の鋼板１を支持する役割を果たし、鋼板支持ロール位置調節設備は、レーザビーム鋼板照射効率が高い焦点深度（Ｄｅｐｔｈ  ｏｆ  Ｆｏｃｕｓ）内に鋼板が位置し、鋼板支持ロール（ＳＰＲ）位置制御系１１により鋼板１にレーザ照射時に発生する火炎の明るさが最もよい状態になるように鋼板支持ロール９の位置を調整する。火炎の明るさは輝度測定センサー１０を利用して測定し、鋼板支持ロール位置制御精密度は±１０μｍ以内に管理する。
前記のように斜行制御設備、張力制御設備、そして鋼板支持ロール位置調節設備は、レーザ照射設備により精密に鋼板にレーザ溝を形成させることができるようにするレーザ照射位置での鋼板条件を作くる役割を果たす。レーザ照射位置での鋼板は、鋼板中央位置が生産ライン中央位置でなければならず、光学系１４との距離が設定された値に維持されなければならない。
【００４４】
レーザ照射設備は、レーザ発振器制御器１２、レーザ発振器１３、そして光学系１４から構成される。鋼板斜行量が過度な場合は、鋼板がレーザ照射位置から外れるようになって鋼板支持ロール９にレーザビームが照射されてロール損傷が発生する。ロール損傷の防止のために斜行量が１５ｍｍ以上発生するとレーザ発振器制御器でレーザ発振器をオフ（Ｏｆｆ）状態になるようにする。レーザビームを鋼板表面に照射して上部幅、下部幅と深さがそれぞれ７０μｍ以内、１０μｍ以内、３〜３０μｍの溝を形成させると同時に、レーザ照射時に溶融部の溝内部壁面に残留させる再凝固部が生成されるように、レーザ発振器１３と光学系１４は、鋼板の溶融に必要な１．０〜５．０Ｊ／ｍｍ２範囲内のレーザエネルギー密度を鋼板に伝達する。レーザ発振器１３は、シングルモード（Ｓｉｎｇｌｅ  ｍｏｄｅ）連続波レーザビームを発振して光学系１４に伝達し、光学系１４は、レーザビームを鋼板表面に照射する。
【００４５】
そして、光学系にはレーザ走査速度を制御する機能があるため、レーザ照射線の間隔を圧延方向に２〜３０ｍｍに調整可能にすることによって、レーザビームによる熱影響部（ＨＡＺ、Ｈｅａｔ  Ａｆｆｅｃｔｅｄ  Ｚｏｎｅ）の影響を最小化して鋼板の鉄損を改善することができる。
前記のように、鋼板が２ｍ／ｓ以上の高速で進行されても安定的に永久磁区微細化処理を行うように、本発明の斜行制御設備、張力制御設備、そして鋼板支持ロール位置調節設備は、精密に鋼板にレーザ溝をレーザ照射設備により形成させることができるように、レーザ照射位置での鋼板条件を作くる。そして、レーザ発振器と光学系は、鋼板の溶融に必要な１．０〜５．０Ｊ／ｍｍ２範囲内のレーザエネルギー密度を鋼板に伝達して、上部幅、下部幅と深さがそれぞれ７０μｍ以内、１０μｍ以内、３〜３０μｍの溝を形成させる。また、光学系にはレーザ走査速度を制御する機能があるため、レーザ照射線の間隔を圧延方向に２〜３０ｍｍに調整可能にする。
【００４６】
表１は、本発明の一実施形態による連続波レーザビーム照射により０．２７ｍｍ厚さの鋼板表面に形成された溝による方向性電磁鋼板の鉄損改善率を示している。
【表１】
2019510130.tif 000003
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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